Savion rautatietunnelin geologisia ja rakennusgeologisia piirteitä; vertailu tunneli - maanpinta Tuija Elminen, Markus Vaarma, Marit Wennerström

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ESY Espoo 144/2013 Savion rautatietunnelin geologisia ja rakennusgeologisia piirteitä; vertailu tunneli - maanpinta Tuija Elminen, Markus Vaarma, Marit Wennerström

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Sisällysluettelo Osa I Osa II Osa III Kallioperän rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkinnan ja Savion rautatietunnelin rikkonaisuushavaintojen vertailu, Tuija Elminen 1 Kallioperän rakosuunnat Savion rautatietunnelissa ja vertailu maanpinnalta tehtyihin havaintoihin, Marit Wennerström 1 Savion rautatietunnelin kivilajeista ja petrofysiikasta; vertailu maanpintakartoitukseen, Markus Vaarma 1

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ESY Espoo 144/2013 Osa I Kallioperän rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkinnan ja Savion rautatietunnelin rikkonaisuushavaintojen vertailu Tuija Elminen

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ESY Espoo 144/2013

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I Tiivistelmä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) Etelä-Suomen yksikkö kartoitti Vuosaaren sataman liikennejärjestelyihin kuuluvan 13.5 km pitkän Savion rautatietunnelin kalliorakenteita tunnelin louhinnan yhteydessä. Rakennegeologista kartoitusaineistoa ja JP-Suoraplan Oy:ltä (nykyään Pöyry Finland Oy) saatuja rakennusgeologisia mittauksia käsiteltiin ja arvioitiin yhdessä pääkaupunkiseudulta aiemmin 1:50 000 mittakaavaan tehdyn Rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkinnan kanssa. Kartoitusaineistosta luokiteltiin heikkousvyöhykkeeksi 262 rakennetta. Vyöhykkeiden leveydet vaihtelevat 10 senttimetristä 10 metriin mutta suurin osa on 2 m tai sen alle. Vyöhykkeiden kaateet ovat enimmäkseen jyrkkiä. Vain kuusi heikkousvyöhykettä on vaaka-asentoisia. Rakennettavuusmallissa oli tunnelilinjan alueella 40 tulkittua heikkousvyöhykettä. Niistä 80 %:n kohdalla tavattiin tunnelissa niihin suunnaltaan sopivia siirros- ja/tai rikkonaisuusrakenteita. Tunnelin havainnoista puolestaan 34-65 % heikkousvyöhykkeistä oli aiemmin tulkitun vyöhykkeen kohdalla. Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeiden luokittelu oli onnistunut vyöhykkeillä, joista oli maastohavaintoja. Rakoavaumia ja rapautumista esiintyi runsaasti alueilla, joissa oli useita heikkousvyöhykkeitä, vaikkei aina juuri niiden lähituntumassa. Heikkousvyöhykkeet jakautuvat suuntien perusteella ryhmiin. Ryhmien siirroksilla on usein samanlainen alkuperä ja samoja ominaisuuksia. Havainnot ja ryhmät tukevat aiempia käsityksiä kallioperän hauraasta kehityksestä alueella. Vain muutama tunnelissa havaituista "uusista" rikkonaisuusvyöhykkeistä tavoitettiin topografisesta aineistosta, mutta ei geofysikaalisesta lentoaineistosta. Osa heikkousvyöhykkeistä ei ole lainkaan erotettavissa pinta-aineistosta.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I Sisällysluettelo Tiivistelmä 1 YLEISTÄ 1 2 KALLIOPERÄN RAKENNETTAVUUSMALLI 1 2.1 Heikkousvyöhykkeet rakennettavuusmallissa 1 3 TUNNELIHAVAINNOT 3 3.1 Rakennegeologinen aineisto (GTK) 3 3.2 Rakennusgeologinen aineisto (Pöyry Finland Oy) 4 3.3 Heikkousvyöhykkeiden esiintyminen tunnelissa 5 4 RAKENNETTAVUUSMALLIN HEIKKOUSVYÖHYKETULKINNAN JA TUNNELIHAVAINTOJEN VERTAILU 8 4.1 Sijaintitietotarkkuus 8 4.2 Heikkousvyöhyketulkinnan ja tunnelin rikkonaisuushavaintojen osuvuus 9 4.3 Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeiden luokituksen arviointi 13 4.4 Rakennettavuusluokat tunnelikartoitusaineistossa 15 5 HEIKKOUSVYÖHYKKEIDEN SUUNTA-ANALYYSI 22 6 HEIKKOUSVYÖHYKEMALLI HAVAINTOJEN PERUSTEELLA 25 7 TULKINNAN JA TULKINTAESITYKSEN PARANTAMISESTA 27 KIRJALLISUUSLUETTELO

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 1 1 YLEISTÄ Vuosina 2005-2006 louhittiin Vuosaaren sataman liikennejärjestelyihin (VUOLI) kuuluva Savion rautatietunneli. 13.5 km pitkä tunneli lävistää peruskalliota Vantaan, Sipoon ja Keravan alueella pohjoiseteläsuuntaisesti. GTK:ssa on aiemmin laadittu kallioperän rakennettavuusmalli Espoon, Helsingin ja Vantaan alueelta (Pajunen ja muut 2002 a,b,c, Pajunen ja muut 2008 a). Sipoon ja Keravan kuntien alueilla on kartoitettu kallioperää Helsingin seudun taajamakartoituksessa (Wennerström ja muut 2006). Suurin osa tunnelista on Vantaan alueella, josta Pajusen ja muiden (2002 a,b,c) Rakennettavuusmalli on laadittu. VUOLI-projektin kanssa tehdyn sopimuksen mukaan GTK teki rakennegeologista kartoitusta tunnelin louhintavaiheessa. Tunnelissa tehtyjen havaintojen avulla arvioitiin maan pinnalta tehtyihin geologisiin havaintoihin ja monipuolisiin topografisen ja geofysikaalisen aineiston integrointiin ja tulkintaan perustuvan heikkousvyöhykemallin tarkkuutta. 2 KALLIOPERÄN RAKENNETTAVUUSMALLI "Kallioperän rakennettavuusmalli taajamiin" oli vuosina 1999-2002 Geologian tutkimuskeskuksessa toteutettu yhteistyöprojekti, jossa tuotettiin kallioperän kehitykseen pohjautuva rakennettavuusluokittelu palvelemaan kallioperäsovelluksia infrarakentamisen ja -suunnittelun eri osa-alueilla, erityisesti kalliorakentamisessa (Pajunen ja muut 2002a). Projektin tuottama Kallioperän rakennettavuuskartta 1 : 50 000 - Espoo, Helsinki, Vantaa (Pajunen ja muut 2002b) visualisoi kallioperän rikkonaisuus- tai eheysvaihteluita kartta-alueella. Se perustui aikaisemmin julkaistujen aineistojen, geologisten ja topografisten karttojen, erilaisten Geologian tutkimuskeskuksen digitaalisten aineistojen sekä yhteistyökumppaneilta saatujen rakennettavuusluokiteltujen aineistojen analyysiin. Lisäksi projektissa toteutetun geofysikaalisen matalalentomittauksen tulosten tulkinta sekä ennen kaikkea uudella tavalla koottu maastoaineisto olivat kartan tuottamisessa merkittävällä sijalla. Jatkossa työstä käytetään nimitystä rakennettavuusmalli. 2.1 Heikkousvyöhykkeet rakennettavuusmallissa Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeiden sijainti ja ulottuvuus tulkittiin kallioperän pitkänomaisten painanteiden (peruskartat 1:20 000, käsitellyt korkeusaineistot) ja magneettisten anomalioiden (geofysiikan lentoaineisto) perusteella. Maastohavaintojen perusteella määritettiin niiden geologisia piirteitä. Helsingin kaupungin jätevesitunnelin, kuntainliiton tunnelin ja yhteiskäyttötunnelin seurantapiirustuksista poimittiin rakennusgeologista tietoa, jota on käytetty hyväksi erityisesti heikkousvyöhykeluokittelussa ja vyöhykkeiden sijoittamisessa kartalle tunneleiden alueella. Integroimalla eri aineistoja laadittiin kartta, johon tulkittiin yli kilometrin pituiset heikkousvyöhykkeet, jotka luokiteltiin kolmeen rakennettavuusluokkaan. Luokittelussa arvioitiin rapautumista (Rp), kalliolaatua (Ri), lohkarekokoa ja vedenjohtavuutta ongelmallisimman todennäköisen laadun mukaan. Rakennettavuusmalli tehtiin mittakaavaan 1:50 000 (Kuva 1). Yksityiskohdat mallin laatimisesta on kuvattu raportissa Pajunen ja muut (2002a).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 2 Kuva 1. Rakennettavuuskartta; originaalin mittakaava 1:50 000 (Pajunen ja muut 2002b). Heikkousvyöhykkeiden luokittelu soikioitu punaisella, ks. teksti. Heikkousvyöhykkeiden luokittelu rakennettavuuskartalla (Kuva 1): Heikkousvyöhykkeiden rakennettavuusluokka on määritetty korreloimalla tunneleiden rakennettavuusluokiteltuja (RG-luokitus) vyöhykkeitä geologisesti luokiteltuihin siirroksiin paljastumilta. Luokitteluperusteita ovat lisäksi vyöhykkeen dimensio (pituus, leveys) sekä rakennetta heikentävät tekijät, kuten muuttuminen ja hauraat rakenteet. Heikkousvyöhykkeitä kartalla kuvaavat viivat on sijoitettu yleensä topografisten painanteiden keskelle. Asianomaisten rakennettavuusluokkien mukaisia rakenteita voi esiintyä sekä viivan alueella että sen lähiympäristössä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 3 Rakennettavuusluokka Yhtenäisellä viivalla esitetyt vyöhykkeet on luokiteltu paljastumalla havaittujen siirrosrakenteiden ja tunnelihavaintojen perusteella. Katkoviivalla esitetyt vyöhykkeet on integroitu ja tulkittu maastohavainnoista sekä geofysikaalisesta ja tunneliaineistosta. 1. Kivilaatu rapautumaton tai vähän rapautunut (Rp0-1). Raot avonaisia tai savitäytteisiä. Haarniskapintoja. Pienet rakoavaumat (<2 mm). Kalliolaatu RiIII-RiIV. Kohtalainen lohkarekoko (>30 dm3). Rakosysteemi selvästi todettavissa. Vyöhykkeen leveys <2m. Rakoilun vedenjohtavuus heikkoa. 2. Kivilaatu vähän tai runsaasti rapautunut (Rp1-2). Raot avonaisia tai savitäytteisiä. Haarniskapintoja. Kohtalaiset rakoavaumat (2-5 mm). Kalliolaatu RiIV. Kohtalainen - pieni lohkarekoko, (30-10 dm3). Rakosysteemi todettavissa heikosti. Vyöhykkeen leveys 2-5 m. Rakoilun vedenjohtavuus kohtalaista. 3. Kivilaatu runsaasti tai täysin rapautunut (Rp2-3). Raot muru- tai savitäytteisiä. Suuret rakoavaumat (>5 mm). Kalliolaatu RiIV-RiV. Pieni lohkarekoko (<10 dm3). Rakosysteemi ei todettavissa. Vyöhykkeen leveys >5m. Rakoilun vedenjohtavuus suurta. 3 TUNNELIHAVAINNOT Savion rautatietunneli kartoitettiin urakoitsijoiden määrittämän aikataulun mukaan, joten työssä keskityttiin rikkonaisuuden kannalta tärkeimpiin ominaisuuksiin. Mahdollisuuksien mukaan tehtiin tarkempia havaintoja mutta havaintosarjaan jäi kuitenkin aukkopaikkoja. Usein oli kyseessä pikaista betonointia vaatineet kohteet, joissa todennäköisesti esiintyy myös heikkousvyöhykkeitä. GTK:n geologisten havaintojen lisäksi saatiin käyttöön tunnelisuunnittelijana toimineen JP-Suoraplan Oy:n (nykyään Pöyry Finland Oy) rakentamisen aikaiset rakennusgeologiset havainnot. 3.1 Rakennegeologinen aineisto (GTK) Tunnelista selvitettiin kivilajit, tektoniikka, erilaiset siirros- ja heikkousvyöhykkeet sekä rakoilun luonne. Geologisten havaintojen laatu ja mittausmenetelmät on kuvattu raportissa Savion rautatietunnelin rakennegeologinen kartoitus (Elminen et al. 2007). Heikkousvyöhykkeet ovat usein siirroksia mutta myös voimakkaat rakoiluvyöhykkeet esiintyvät kallioperän rikkonaisina vyöhykkeinä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 4 Siirroksista koottiin seuraavat ominaisuudet: siirroksen asema ja dimensiot (kulku ja kaade, leveys ja pituus) siirrostyyppi (normaalisiirros, käänteisiirros, sivuttaissiirros) luonne (duktiili, vaihettuva, hauras) siirroskiven rakenne (gneissi, blastomyloniitti, silmägneissi, proto-/orto- /ultramyloniitti, pseudotakyliitti, breksia, mikrobreksia, siirrosbreksia, siirros-vaha) hiertoviivaus (suunta/kaade) liikesuunta ja siirtymä (kätisyys vaakapinnalla, liikesuunta pystytasolla) muuttuminen (muuttumisen luonne ja voimakkuus) 3.2 Rakennusgeologinen aineisto (Pöyry Finland Oy) Rakennusgeologinen kartoitusaineisto saatiin Pöyry Finland Oy:ltä. Kartoittajana toimi geologi Piri Harju. Kartoituksesta tässä käytettyjä aineistoja olivat rakenteen sijainti, laatu (rakoilu tai rikkonaisuusvyöhyke), kaadesuunta, kaade, rakojen laatu (rakotäyte), rapautumisaste, kalliolaatu, vyöhykkeen leveys ja vesivuoto. Kalliolaadun rikkonaisuus (Taulukko 1) ja rapautuneisuus (Taulukko 2) kartoitettiin rakennusgeologisen kallioluokituksen (RG) mukaan. Rikkonaisuusvyöhykkeissä rakotiheys on yli 10 rakoa/m ja jos raoissa on savea, niin luokka on Ri IV ja jos ei, niin se on Ri III. Merkintää Ri III-IV käytetään tiheärakoisista vyöhykkeistä, joissa on hieman savea. Rakenne ei kuitenkaan ole ruhjerakenteinen. Jos vyöhykkeessä on osia, joilla on eri rikkonaisuusluokka, niistä on tehty erilliset havainnot Taulukko 1. Kivilaadun rikkonaisuuden luokittelu (Gardemeister ja muut 1976).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 5 Taulukko 2. Kivilaadun rapautuneisuuden luokittelu (Gardemeister ja muut 1976). 3.3 Heikkousvyöhykkeiden esiintyminen tunnelissa Tunnelin kartoitusaineistosta poimittiin rakenteita, jotka voisivat edustaa pintaan asti ulottuvia heikkousvyöhykkeitä. GTK:n kartoitusaineistosta hyödynnettiin siirros- ja rakotihentymähavainnot. Siirroshavaintoja (SZ) tunnelista on 295 kpl. Siirrokset vaihtelivat yksittäisistä haarniskapinnoista usean metrin levyiseen myloniittivyöhykkeeseen. Heikkousvyöhyketulkinnan vertailussa havainnoista jätettiin pois yksittäiset kapeat mikrobreksiat ja yksivaiheiset myloniitit. Rikkonaisimpia rakenteita edustavat breksiat, siirrosbreksiat, siirrosvahat, monivaiheiset myloniitit ja lisäksi tiheät rakoryhmät. GTK:n havainnoista heikkousvyöhykkeiksi luokiteltuja rakenteita on 114 kpl. Pöyry Finland Oy:n kartoitushavainnoista vertailuun otettiin rakenteita, joissa kalliolaatu on Ri III -> Ri V ja joista on mitattu suunta ja leveys. Niitä on 209. Näistä tunnelissa havaituista SZ- ja Ri- rakenteista käytetään tässä termiä rikkonaisuusvyöhyke. Tässä käsiteltiin yhdessä kalliolaatu- ja siirroshavaintoja. Rikkonaisen vyöhykkeen syntyessä on tapahtunut liikuntoja mutta usein liikunnon merkit ovat niin pieniä tai rapautuneita että rakenteesta on vaikea tulkita siirrosta. Siirros puolestaan voi olla esimerkiksi yksittäinen rakosiirros, jolloin se ei muodosta rikkonaisuusvyöhykettä. Siksi vain osa Ri- ja Sz-havainnoista edustaa samaa kohdetta. Siirroshavainto ja kalliolaatuhavainto on tehty 55 tapauksessa samasta rakenteesta ja loput havainnot edustavat eri rakenteita. Näin ollen rakenteita on yhteensä 262 (Kuva 2). Monet kalliolaatuhavainnot sijaitsevat lähekkäin ja niitä voi pitää samaan heikkousvyöhykkeeseen kuuluvana, mutta tarkastelussa ne on kuitenkin pidetty erillisinä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 6 Kuva 2. Siirros- ja kalliolaatuhavaintoja rakenteista, jotka saattavat edustaa pintaan asti ulottuvia heikkousvyöhykkeitä. Vaaka-asentoisia rikkonaisuusvyöhykkeitä on vain kuusi. Jyrkkäkaateisia rakenteita on huomattavasti enemmän kuin loivia; 63 prosenttia kaateista on 70-90 (Kuva 3).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 7 Kuva 3. Heikkousvyöhykkeiksi tulkittujen rakenteiden (SZ/Ri) kaateet Savion tunnelin havaintoaineistossa. Kuvan 4 diagrammissa on esitetty heikkousvyöhykkeiden välisiä etäisyyksiä eli ehjien kallioalueiden pituuksia. Kuva 4. Rikkonaisuusvyöhykkeiden tiheys tunnelissa. Diagrammissa ehjien tunneliosuuksien pituudet ja niiden määrät. Lyhimmät rikkonaisuusvyöhykkeiden väliset etäisyydet metrin ja pisin väli 560 m. Alueita joilla rikkonaisuusvyöhykkeiden välimatka on 100 m tai yli, on yhteensä 7500 metriä. 100-190 m pituisia ehjiä välejä on 23 kappaletta. Yli 200 m pituisia ehjiä alueita on 12. Pisin ehjä alue on 560 m. Alueita, joilla heikkousvyöhykkeitä on tiheämmässä kuin 100 metrin välein on 6000 metriä ( Kuva 5). Niissä vyöhykkeiden välit ovat keskimäärin 23 m, mutta tihentymiä, missä välit ovat n. 10 m, on useita.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 8 Kuva 5. Rikkonaisuusvyöhykkeiden määrät tunnelissa, ehjät välit 1-100 m. Rakenteiden keskittyminen vyöhykkeisiin näkyy lyhyiden välien runsautena. 4 RAKENNETTAVUUSMALLIN HEIKKOUSVYÖHYKETULKINNAN JA TUNNE- LIHAVAINTOJEN VERTAILU 4.1 Sijaintitietotarkkuus Kallioperän rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkintaa (Pajunen ja muut 2002 a,b,c) tehtäessä vyöhykkeet sijoitettiin topografisten painanteiden keskelle. Tulkinta tarkoittaa että kyseisen painanteen alueella todennäköisesti esiintyy rikkonaisia rakenteita. Alueella erottuvat painanteet ovat 20 160 m leveitä. Rakennettavuusmallissa ei esitetty heikkousvyöhykkeiden kaadetulkintoja. Jos vyöhykkeen kaade olisi esim. 45, 30 metrin syvyydellä sen etäisyys pinnalla havaitun/tulkitun rakenteen kohtisuorasta projektiosta olisi 30 metriä. 1:50 000-mittakaavaisella kartalla kaateen suunnalla ei siis ole suurta merkitystä vyöhykkeen sijainnin arvioimisessa (30 m maastossa vastaa 0,6mm kartalla). Tunnelissa tehtyjen havaintojen sijaintitarkkuudessa on vaihtelua. Yleensä havainnot saatiin paikoilleen metrin tarkkuudella mutta paikoin paalulukujen puuttuessa seiniltä päästiin viiden metrin sijaintitarkkuuteen. Tunnelilinjan koordinaatit saatiin viiden metrin välein ja paaluluvut pyöristettiin niihin. Tällöin havainnon sijaintitarkkuus on suunnilleen kymmenen metriä, mikä ei vaikuta tähän tarkasteluun.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 9 4.2 Heikkousvyöhyketulkinnan ja tunnelin rikkonaisuushavaintojen osuvuus Heikkousvyöhyketulkinnan arviointiin käytettiin sekä GTK:n rakennegeologisia siirroshavaintoja että Pöyry Finland Oy:n rakennusgeologisia kalliolaatuhavaintoja tunnelista. Vaaka-asentoiset rakenteet jätettiin vertailusta pois. Rakennettavuuskartalle tulkittujen heikkousvyöhykkeiden ja tunnelihavaintojen osuvuutta vertailtiin karttapohjalla. Huomioiden heikkousvyöhykkeiden esitystavan rakennettavuusmallissa (tulkittu vyöhyke painanteen keskikohdassa, ei kaadetietoa) ja tunnelin syvyydestä (maks. 60 m) aiheutuvan siirtymän laskettiin heikkousvyöhykkeen projisointileveydeksi maan pinnalta tunneliin 160 m. Kallioperän rakennettavuusmallissa tunnelia leikkaavia tai sitä läheltä sivuavia tulkittuja heikkousvyöhykkeitä on 40 kpl. Jos niiden kohdalla tunnelihavainnoissa on tavattu Ri-vyöhyke tai siirros, jonka kulku on sama kuin maan pinnalta tulkitulla heikkousvyöhykkeellä, on tulkinta onnistunut. Koska suurempi rakenne voi kuitenkin koostua erisuuntaisista osista eivätkä vyöhykkeet (tasot) useinkaan ole täysin suoria hyväksyttiin 20 :een ero tulkinnan ja mittauksen suuntien välille (ks. kpl 7). Kuvassa 6 on esitetty heikkousvyöhyketulkinnat, jotka leikkaavat tai sivuavat tunnelilinjaa. Niistä 32:n kohdalla on SZ/Ri-rakenteita. Kahdeksalta niitä ei ole todettu. Lisäksi kolmen heikkousvyöhyketulkinnankohdalla on vyöhykkeen suuntaisia rakohavaintoja. Siten 40 tulkitusta vyöhykkeestä 35:ssä on todennäköisesti niihin liittyviä rakenteita eli tulkinnan osuvuus on 80%.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 10 Kuva 6. Tunnelilinjan kohdalle osuneet heikkousvyöhyketulkinnat. Sinisellä kuvattuna vyöhykkeet, joiden kohdalla tunnelissa havaittiin niiden suuntaisia siirros- tai rikkonaisuushavaintoja. Korkeusmalli: Maanmittauslaitos

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 11 SZ- ja Ri-rakenteet, jotka ovat tulkittujen heikkousvyöhykkeiden alueella, ovat kaikki kaateeltaan yli 44. 15 kohdassa oli sekä SZ- että Ri-havainnot. Heikkousvyöhykkeitä, joista on todettu ainoastaan SZrakenteita, on seitsemän ja saman verran on vyöhykkeitä, joissa on todettu ainoastaan Ri-rakenteita. Kuvassa 7 on esitetty tulkintavyöhykkeillä olevat rakennus- ja rakennegeologiset havainnot. Samoissa kohdissa olevat SZ- ja Ri-havainnot edustavat samoja rakenteita.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 12 Kuva 7. Tunnelissa havaittuja siirroksia ja rikkonaisuusrakenteita, joiden kohdalle on ennustettu rakenteen suuntainen heikkousvyöhyke. Pohjalla heikkousvyöhyketulkinta harmaalla, 160 m leveinä vyöhykkeinä

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 13 4.3 Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeiden luokituksen arviointi Rakennettavuusmallissa heikkousvyöhykkeet oli jaettu kolmeen rakennettavuusluokkaan kalliolaatuominaisuuksien perusteella (ks. edellä). Rikkonaisuus lisääntyy luokasta I luokkaan III. Luokkia määriteltäessä maastohavainnoilla oli keskeinen osa. Ratalinjan alueelta oli tehty vain kolme siirroshavaintoa, jotka liittyivät aluetta lävistäviin heikkousvyöhykkeisiin. Huomautettakoon, että rakennettavuusmallin kartoitusta ei ollut tehty erityisesti tunnelilinjaa silmällä pitäen. Tulkintaa laadittaessa suurin osa rakennettavuusmallissa esitetyistä vyöhykkeistä, jotka osuvat tunnelilinjalle, arvioitiin luokkaan I. Niistä ei ole maastohavaintoja, eivätkä ne erotu erityisen merkittävinä rakenteina topografisessa tai geofysikaalisessa aineistossa. Kaksi vyöhykettä arvioitiin luokkaan II. Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeen luokat I Luokkaan I tulkittujen heikkousvyöhykkeiden alueilla tunnelissa on runsaasti erilaisia Ri- ja SZrakenteita (kuva 7). Ne kolme heikkousvyöhyketulkintaa, joista oli olemassa paljastumahavainto, oli luokiteltu luokkaan I. Jokaisen kohdalla tunnelissa ilmenee rikkonaisuutta. Kohdassa A (kuva 8) Hakunilassa maastopaljastumalla on todettu breksiaa ja rakotihentymä. Tunnelissa sen paikalta on kuvattu rakosiirroksia ja siirrosbreksiaa sekä metrin levyinen Ri III-vyöhyke. Kohdissa B (Itä-Hakkila) ja C (Myllynummi) on maastohavaintoja rakosiirroksista. Kohdassa B myös tunnelissa on havaittu rakosiirroksia ja kohdassa C (tunneli ulottuu 100 m päähän tulkintaviivasta) on tunnelissa havaittu rakosiirroksia ja breksiaa sekä kaksi alle 50 cm levyistä Ri III-IV-vyöhykettä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 14 Kuva 8. Rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkinnat luokiteltuina ratalinjalla. Kirjaimiin A-J viitataan tekstissä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 15 Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeen luokat II Pohjoisempana olevan luokkaa II edustavan vyöhykkeen D (Jokivarsi, koillissuuntainen painanne) tulkinta päättyy tunnelilinjan kohdalla. Tunnelissa paikalta on kuvattu 5-10 cm vyöhyke siirrosbreksiaa. Itä-länsisuuntaisen II-luokan vyöhyketulkinnan E (Myras) kohdalla tunnelissa ei ilmennyt vyöhykkeen suuntaisia rikkonaisuusrakenteita mutta tunneliseinämää on stabiloitu betonilla sen eteläreunalla. Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeen luokat III Ratalinjan alueella ei ole luokan III heikkousvyöhyketulkintoja. Rakennettavuusmallissa kohdassa F (Myraksensuo) tunnelia leikkaa kuitenkin koillis-lounassuuntainen pitkä vyöhyke, joka jatkuu 13 km lounaaseen ja on 11 km:n matkalla merkitty III-luokan rakenteeksi sillä perusteella että kuntainliiton seurantapiirustuksissa sen kohdalla oli merkitty 30 metrin levyinen heikkousvyöhyke. Paikka oli liki kymmenen kilometrin päässä ratalinjasta ja koska vyöhykkeen koillisosasta ei ollut havaintoja, rakennettavuusmallissa se osa jätettiin luokkaan I. III-luokkaa olisi kuitenkin pitänyt tulkinnassa jatkaa koko vyöhykkeen alueelle, sillä ratatunnelin rikkonaisimmat kivet olivat juuri tällä, Myraksensuon, alueella. Tunnelissa oli sadan metrin alueella kymmeniä Ri III-, Ri III-IV- ja RiI V-vyöhykkeitä. Siirrosrakenteet indikoivat vyöhykkeen monivaiheisuutta: duktiileja myloniitteja, semiduktiileja (vaihettuvia) siirroksia, breksioita ja siirrosbreksioita. Paikka oli erityisen haasteellinen louhintakohde. 4.4 Rakennettavuusluokat tunnelikartoitusaineistossa Heikkousvyöhykkeiden rakennettavuusluokituksessa oli arvioitu, mitä ominaisuuksia kunkin luokan rakenteissa voi esiintyä. Ominaisuudet esitettiin RG-arvoina (ks. kohta 2.1) joten oli mahdollista vertailla tulkittujen heikkousvyöhykkeiden luokkia tunnelissa havaittuihin. Luokille annetut kalliolaatu, leveys, rakoavaumat, ja rapautumisarvot vaihtelivat tunnelissa todetuissa heikkousvyöhykkeissä niin että kaikkia kakkos- tai kolmosluokassa esitettyjä ominaisuuksia ei esiintynyt samoissa vyöhykkeissä. Ominaisuuksia oli tarkasteltava erillisinä. Kalliolaatu, Ri Tunnelissa tehtyjä kalliolaatu- eli Ri-havaintoja on 235. Monesti mallissa ennustetussa 160 metriä leveässä vyöhykkeessä oli useita yhdensuuntaisia rakenteita, ja niiden on tässä tulkittu kuuluvan samaan rikkonaisuusvyöhykkeeseen. Taulukossa 3 on kaikki rikkonaisuusrakenteet sekä 160 metrin vyöhykkeille

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 16 osuvien, vyöhykkeen kanssa samansuuntaisten, Ri-rakenteiden määrä. Mukana on Ri-rakenteet, joista tunnetaan rakenteen kulku ja kaade (>44 ). Kaikissa Ri-havainnoissa ei ollut tietoa vyöhykkeen leveydestä tai rakenne ei ollut vyöhykemäinen. Taulukko 3. Luokiteltujen rikkonaisuusvyöhykkeiden määrät ja osuvuus tulkintavyöhykkeille. Kaikista ei ole leveystietoa (vrt. Taulukko 4). Kalliolaatua Ri V (rakennettavuusmallin luokka III) esiintyi ainoastaan tunnelin rikkonaisimmalla heikkousvyöhykkeellä Myraksensuon kohdalla. Kalliolaadusta Ri IV (rakennettavuusmallin luokka II) oli 76 havaintoa, joista tunnettiin kulku ja kaade; niistä 43:sta tiedetään vyöhykkeen leveys. Myraksensuon kohdalla Ri IV-rakenteita on useita. Ri III-IV-havaintoja (rakennettavuusmallin luokka I) oli 37, joista 31:stä tunnetaan vyöhykkeen leveys. Luokasta Ri III (rakennettavuusmallin luokka I) oli 63 havaintoa, joista 39:stä on mitattu vyöhykkeen leveys. 177:stä mitatusta rikkonaisuusvyöhykkeestä 51 oli tulkintavyöhykkeen alueella, eli 29%. Tunnelissa esiintyy luonnollisesti myös pienempiä rikkonaisuusrakenteita, joiden ei voi olettaakaan muodostavan maan pinnalle ulottuvia yli kilometrin pituisia vyöhykkeitä, joita mallissa on käsitelty. Vyöhykkeen leveys Rakennettavuusmallissa heikkousvyöhykkeiden leveydet luokissa I-III ovat <2m, 2-5m ja >5m. Taulukossa 4 on esitetty rikkonaisuusvyöhykkeiden leveyksien jakauma tunnelissa. Kaksi havaituista rikkonaisuusvyöhykkeistä on yli 5 m:n levyisiä kuuluen rakennettavuusmallin III-luokkaan. Myraksensuon kohdalla alue tosin koostuu 10-150 cm leveistä Ri IV-vyöhykkeistä, mutta niitä on tiheästi yli 100 metrin alueella (kohta F Kuvassa 5). Rikkonaisuusrakenteet liittyvät pitkään koillis-lounaissuuntaiseen siirrosvyöhykkeeseen. Kaskelassa (kohta G Kuvassa 8) on 10 m leveä Ri IV-vyöhyke, jossa on rapautuneisuutta Rp 1-2, vesivuotoa ja paikoin korppukiveä. Myös Kaskelan vyöhyke on koillis-lounaissuuntainen, ja siinä havaittiin vyöhykkeen suuntaisia kloriittipintoja. Rakennettavuusmallissa edellä mainitut vyöhykkeet on tulkittu luokan I rakenteiksi, mutta tunnelihavaintojen perusteella ne ovat luokan III rakenteita.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 17 Taulukko 4. Rikkonaisuusvyöhykkeiden (kaade>44 ) leveydet tunnelissa. 2-5 metrin levyisiä rikkonaisuusvyöhykkeitä on tunnelissa 21 kpl. Niistä 8 on rakennettavuusmallin tulkittujen vyöhykkeiden kohdilla. Taulukossa 5 on 2-5 metrin vyöhykkeillä esiintyvien eri rikkonaisuusluokkien jakaumat ja havainnot tulkintavyöhykkeillä. Taulukko 5. Rikkonaisuusvyöhykkeiden kalliolaadut. Määrät tunnelissa ja tulkintavyöhykkeillä a) 200-500 cm leveät vyöhykkeet b) <200 cm leveät vyöhykkeet. Alle kahden metrin levyisiä Ri-vyöhykkeitä oli tunnelissa 91 kpl. Vyöhykkeiden leveydet olivat 10 150cm. Taulukossa 5 on esitetty rikkonaisuusluokkien jakaumat. Rikkonaisuusvyöhykkeistä 27 on tulkittujen heikkousvyöhykkeiden kohdalla lähes samansuuntaisina. 31 % Ri-havainnoista (alle 5-metrin levyiset vyöhykkeet, joista tunnetaan kulku, kaade, Ri-luokka ja leveys) sijaitsee tulkituilla vyöhykkeillä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 18 Rakoavaumat Rakennettavuusmallin heikkousvyöhyketulkinnassa eri luokkia luonnehtivat kalliolaadun ja leveyden lisäksi erilaiset rakoavaumat. Tunnelissa kaikissa avonaisissa raoissa oli rakotäytettä. Alle 2 mm rakoavaumia (211 havaintoa) on todettu koko tutkimusalueella. Myös rakoja, joiden avaumat ovat 2-5mm (118 kpl) esiintyy koko alueella, mutta keskittyen enemmän heikkousvyöhykkeiden ympäristöön. Yli 5 mm avaumia (102 kpl) on pääosin heikkousvyöhykkeiden alueella. Alueilla, joilla heikkousvyöhykkeitä on tiheästi, on runsaasti täytteisiä rakoja. Yksittäisiä savi- ja murutäytteisiä rakoja esiintyy koko tutkimusalueella. Kun rakoja on jollain alueella runsaammin, ne liittyvät läheiseen heikkousvyöhykkeeseen. Kuvassa 8 Leppäkorven (H) mururaot eivät ole heikkousvyöhykkeen suuntaisia, mutta muissa kohdissa sekä raot että siirros/ri-rakenteet ovat heikkousvyöhykkeen suuntaisesti. Jokivarressa (D) ja Myraksensuolla (F) heikkousvyöhyke, siirrokset ja saviraot ovat koillis-lounassuuntaisia, Kuusijärvellä (I) kaakko-luodesuuntaisia, Kaskelassa (J) koillislounassuuntaisia ja Hakunilassa (K) itä-länsisuuntaisia. Usein heikkousvyöhykkeissä ja niiden ympäristössä on 2-5 mm ja > 5 mm rakoavaumia runsaasti, vaikkei vyöhykkeessä olisi muita rakennettavuusmallissa esitettyjä II- tai III-luokan rakenteita. Rapautumisarvot Kallioiden rapautumista tapahtuu erityisesti heikkousvyöhykkeiden yhteydessä, missä liuokset ovat päässeet kulkeutumaan rikkonaisessa kallioperässä ja kivimateriaalissa on paljon reaktiopinta-alaa. Rapautumishavainnot on esitetty pisteinä heikkousvyöhyketulkintakartalla (Kuva 9).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 19 Kuva 9. Rapautuneisuusarvot tunnelista ja tulkitut heikkousvyöhykkeet. Numeroiduilla alueilla rapautuneisuus ja vyöhykkeet korreloivat keskenään.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 20 Rakennettavuusmallin heikkousvyöhykkeille osuu 40 ja niiden ulkopuolelle 50 havaintoa. Suurista heikkousvyöhykkeistä on runsaasti rapautumishavaintoja, mutta pienempien vyöhykkeiden alueilla rapautuminen ei korreloi vyöhykkeiden kanssa. Alueellisesti tarkasteltuna voidaan rapautuneisuushavaintojen todeta sijoittuvan alueille, joissa tulkittuja heikkousvyöhykkeitä on tiheästi. Kuvaan 9 on ympyröity alueita, joissa rapautuneisuus ja heikkousvyöhykkeet korreloivat keskenään. Alueilla 2, 4 ja 6 on vain vähän heikkousvyöhyketulkintoja. Niissä on myös todettu vähemmän rapautumista. Alueille 1, 3, 5 ja 7 on arvioitu tiheämpään heikkousvyöhykkeitä ja niiltä on myös runsaasti rapautumishavaintoja sekä betonoituja osuuksia tunnelissa. Heikoimmin havainnot ja heikkousvyöhyketulkinnat korreloivat linjan pohjois- sekä eteläpäässä. Osuvuus on kuitenkin keskimäärin hyvä. Heikkousvyöhykkeiden vaikutusalue on rapautumisen suhteen siis melko laaja, varsinkin kun vyöhykkeitä on runsaasti. Rapautumisarvojen vaihtelussa ei havaittu säännönmukaisuutta. Esimerkiksi voimakkaimmin rapautuneita kohtia (Rp 2-3) esiintyi yhtälailla heikkousvyöhykkeiden alueilla kuin niiden ulkopuolella. (Taulukko 6) Taulukko 6. Rikkonaisuusvyöhykkeiden rapautumisarvot tunnelissa ja tulkintavyöhykkeillä Kuvassa 10 on esitetty rakennettavuusmallin vyöhykkeet uudelleen luokiteltuna tunneliaineistosta saatujen Ri-luokkien, leveyksien, rapautumisen ja rakotäytteiden perusteella. III-luokan heikkousvyöhykkeitä on kalliolaadun (RiV) ja/tai leveyden(>5 m) perusteella kaksi (Myras ja Kaskela). Jos III-luokan rapautumis- ja rakotäytearvot huomioidaan, saadaan kolme vyöhykettä lisää. II-luokan heikkousvyöhykkeitä (RiIV) ja/tai leveys (2-5 m) on vastaavasti yhdeksän ja otettaessa mukaan II-luokan rapautumis- ja rakotäytearvot 12. I-luokan heikkousvyöhykkeitä on kymmenen ja niitä I-luokan rapautumis- ja rakotäytearvot lisäävät vain yhdellä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 21 Kuva 10. Kallioperän Rakennettavuusmallissa käytetyt rakennettavuusluokat sovellettuna tunneliaineistoon. Tulkintaviivojen luokka on korjattu tunnelihavaintojen perusteella. Rp/Rt tarkoittaa kyseisen luokan rapautumisarvoja tai rakotyyppiä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 22 5 HEIKKOUSVYÖHYKKEIDEN SUUNTA-ANALYYSI Stereografisessa projektiossa on esitetty tunnelin kaikki SZ- ja Ri-rakenteet, joissa kaateet ovat yli 44 (Kuva 11). Havainnot jakautuvat suuntiensa perusteella selkeisiin ryhmiin. Tarkasteltaessa näitä rakenteita kartalla ryhmä kerrallaan, erottuu niiden sijainti heikkousvyöhyketulkintaan nähden paremmin kuin esitettäessä samassa kuvassa kaikki rakenteet (Kuva 12 a-d). Kuva 11. Stereografinen projektio tunnelin siirros- ja rikkonaisuusrakenteista, joiden kaade on yli 44 astetta. Ryhmät on esitetty myös kartalla kuvassa 12.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 23 Kuva 12. Tunnelissa havaittuja siirros- ja rikkonaisuusrakenteita. Ryhmät kuvasta 8. A: ryhmät 1 ja 2, B ryhmät 3 ja 4, C ryhmä 5, D ryhmä 6. Kuvat 12 C ja D seuraavalla sivulla.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 24 Suurin osa heikkousvyöhyketulkinnoista on koillis-lounas- ja kaakko-luodesuuntaisia ja niitä esiintyy melko tasaisesti koko tutkimusalueella. Ryhmien 1 ja 2 koillis-lounassuuntaiset rikkonaisuus- ja siirroshavainnot sijoittuvat tulkittujen heikkousvyöhykkeiden kohdille hyvin samansuuntaisina (Kuva 12a). Keskimäärin ryhmän 1 kulkusuunnat ovat 30 ja ryhmän 2 suunnat 45.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 25 Ryhmän 1 kaateen suunta on kaakkoon ja siirrosrakenteet ovat myloniitteja, breksioita ja haarniskapintoja. Ryhmässä 2 kaade on luoteeseen ja rakenteet ovat breksioita ja haarniskapintoja. Molemmissa ryhmissä siirrosten ja Ri-vyöhykkeiden kaateet vaihtelevat välillä 65 90. Ryhmän 1 myloniitit edustavat vanhoja siirroksia, jotka ovat muodostuneet syvällä maankuoressa duktiileissa olosuhteissa. Molempien ryhmien hauraat breksiat ja haarniskapinnat ovat nuorempia rakenteita, jotka ovat syntyneet hauraissa olosuhteissa nuoremmissa tapahtumissa. Monet niistä ovat sijoittuneet vanhempien myloniittien yhteyteen, jolloin koko rakenne on monivaiheinen. Myös kaakko-luodesuuntaiset SZ/Ri-havainnot tunnelista osuvat tulkintaviivojen tuntumaan (ryhmät 3 ja 4 Kuvassa 12b). Kaateet ovat hieman loivempia kuin koillis-lounassuuntaisissa rakenteissa; 51-90. Siirrosrakenteet ovat hauraita breksioita, rakosiirroksia ja haarniskapintoja. Sekä koillis-lounas- että kaakkois-luodesuuntaisista rakenteista (ryhmät 1-4) suurin osa edustaa heikkousvyöhykkeitä. Tämän kaltaisten siirrosten kinematiikkaa ja ikäsuhteita Helsingin seudulla on tutkittu aiemmin (Elminen ja muut 2008) ja tunnelista saatu runsas aineisto tukee muodostuneita käsityksiä. Stereografisessa projektiossa erottuu ryhmä itäkoillinen-länsilounassuuntaisia rikkonaisuusrakenteita, ryhmä 5. Sen suuntaisia painanteita, jotka olisi tulkittu heikkousvyöhykkeiksi, ei alueella esiintynyt (Kuva 12c). Osa rakenteista saattaa liittyä koillis-lounassuuntaisiin heikkousvyöhykkeisiin. Siirroshavaintoina on sekä myloniitteja että breksioita. Pohjois-eteläsuuntaisia rakenteita on vähän ja ne keskittyvät samansuuntaisiin heikkousvyöhykkeisiin (Kuva 12d). Tunnelilinjaus on kartalla näkyvän suuren pohjois-eteläisen siirrosvyöhykkeen länsipuolella. Havaintojen perusteella ilmenee että pohjois-eteläsuuntaiset rikkonaisuusrakenteet lisääntyvät lähestyttäessä suurempia pohjois-eteläisiä heikkousvyöhykkeitä. Siirrosrakenteet ovat enimmäkseen haarniskapintoja. 6 HEIKKOUSVYÖHYKEMALLI HAVAINTOJEN PERUSTEELLA Tunnelissa todetut heikkousvyöhykkeet projisoitiin kartalle. Tarkastelussa käytettiin Pöyry Finland Oy:n rikkonaisuusvyöhykehavaintoja. Tietoa oli kalliolaadusta (Ri ), vyöhykkeiden leveyksistä, kivilaadusta Rp, rakojen täytteisyydestä, rakoavaumista ja vedenjohtavuudesta. Ri-vyöhykkeitä, joilla oli merkitty suunta ja joiden kaade oli yli 44, oli 114 kpl. Kaikkia ei voitu sijoittaa kartalle kuvaan tullessa liikaa päällekkäisyyttä joten lievemmin rikkonaisia rakenteita karsittiin. Kuvaan 13 on otettu kaikki Ri IV-luokan rakenteet, Ri III IV- ja Ri III-vyöhykkeistä 2 metriä ja sitä leveämmät vyöhykkeet sekä 1-2 metriä leveät vyöhykkeet, mikäli niissä esiintyi vesivuotoa. Näillä kriteereillä rikkonaisuusvyöhykkeitä on kuvassa 38 kpl. Kartalle piirrettiin havainnon kohdalle rakenteen suuntainen kilometrin pituinen suora viiva. Monet näistä viivoista ylittävät kallioalueitakin. Onkin paljon vaikeampaa tulkita koko vyöhykkeen suuntaa yhden SZ/Ri-havainnon perusteella kuin topografian perusteella. Topografiassa näkyvä vyöhyke voi koostua erisuuntaisista rikkonaisuusrakenteista. Siirrosrakenteet voivat usein olla kaareilevia ja yhtyä toisiinsa muodostaen palmikoivia rakenteita tai siirros voi edetä hyppäyksittäin muodostaen limittäisiä sulkaraken-

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 26 teita (Kuva 14). Tällöin yksittäisen siirroksen mitattu suunta ei vastaa rikkonaisen vyöhykkeen suuntaa. Pelkästään tunnelihavaintojen mukaan tuotettu kartta on puutteellinen ja virheellinenkin. Kuva 13. Tunnelissa todetut suurimmat rikkonaisuusvyöhykkeet kartalla, jossa pohjalla heikkousvyöhyketulkinta (Pajunen ja muut 2002b) ja kalliomaat, joissa pintamaakerros < 1m. Havainnon kohdalta on jatkettu suunnilleen kilometrin pituinen viiva suorana ja rakenteen suuntaisena. Kalliomaat GTK

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 27 Kuva 14. Rikkonaisuus/heikkousvyöhykkeen(harmaa) suunta poikkeaa yksittäisten siirrosrakenteiden (punaiset) suunnasta tunnelissa (pystysuora kaksoisviiva). A palmikoiva rakenne, B sulkarakenne (en echelon). Tunnelissa mitattu suunta katkoviivalla. 7 TULKINNAN JA TULKINTAESITYKSEN PARANTAMISESTA Kallioperän rakennettavuusmallissa heikkousvyöhyketulkintoja oli ratalinjan kohdalla 40 kpl. Tunnelissa kyseisillä vyöhykkeillä havaittiin rikkonaisuusrakenteita 32 kohdassa. Havaitut rakenteet todennäköisesti jatkuvat ylös maan pinnan painanteisiin kuten mallissa on oletettu. Lisäksi kolmessa vyöhykkeessä, missä ei ollut rikkonaisia rakenteita, oli kuitenkin vyöhykkeen suuntaista rakoilua. Ainoastaan viiden tulkintaviivan kohdalla 40:stä ei ollut merkkejä heikkousvyöhykkeestä tunnelin syvyydessä. Niissäkin rikkonaista kiveä ja/tai siirrosrakenteita saattaa kuitenkin esiintyä lähempänä pintaa tai rakenteen kaade voi olla hyvin loiva. Heikkousvyöhykemallissa tunnelilinjan kohdalla oli muutama eheämpi kohta, jotka oli jätetty ilman heikkousvyöhyketulkintoja. Pisin tällainen, linjalla yli kilometrin pituinen alue, osoittautui myös tunnelissa eheäksi (kohta 6 Kuvassa 9). Kuusi tulkintavyöhykettä yltää lähes ratalinjalle, jossa tavataan sen suuntainen rikkonaisuusvyöhyke. Mallissa näitä tulkintavyöhykkeitä olisi voinut jatkaa vähän pidemmäksi. Rakennettavuusmallin ennusteet rikkonaisuusrakenteista osuivat melko hyvin kohdalleen. Tunnelissa havaituista rikkonaisuusrakenteista, joiden kohdalla ei ollut tulkintaa, yritettiin selvittää mistä syystä niitä oli jäänyt tulkitsematta ja olisiko niitä mahdollista erottaa käytetystä aineistosta uudella arvioinnilla. Rikkonaisuusvyöhykkeitä, joista ei ollut ennustetta rakennettavuusmallissa, oli 32. Osa tulkitsematta jääneistä rakenteista peittyy infrarakenteiden alle. Rakentaminen peittää maaston pinnanmuodot ja aiheuttaa myös häiriöitä geofysikaalisiin mittauksiin. Tarkasteltaessa korkeusmallia (Maanmittauslaitoksen 20m korkeuskäyristä laskettu 10m gridi) ennustamattomien vyöhykkeiden kohdalla, erottuu seitsemän Ri-havainnon kohdalla alle kilometrin pituinen (200-600 m) painanne. Sen pitui-

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 28 sia painanteita on alueella kuitenkin paljon ja vain harvoin kohdalla on tunnelissa rikkonaisuusrakenteita. Kaikki yli kilometrin pituiset painanteet on jo sisällytetty rakennettavuusmalliin. Tulkintaa tehtäessä alueelta ei ollut vielä laser-aineistoa käytössä. Korkeusmallissa esiin tulleiden painanteiden lisäksi Laser-aineistossa ei ilmaantunut uusia yli kilometrin pituisia painanteita, mutta alle kilometrin pituisia painanteita tuli esiin useita. Niiden kohdalla ei ole heikkousvyöhykkeitä paitsi muutamassa kohdassa, jolloin lyhyt painanne erottuu laseraineistossa hyvin jyrkkänä ja korkeana seinämänä. Tällaiset rakenteet voisi siis ottaa huomioon mallissa vaikka painanne olisi lyhyempikin. Rakennettavuusmallia laadittaessa aerogeofysikaalista aineistoa käytettiin lähinnä vahvistamaan korkeusmallin tulkintaa ja varmistamaan rikkonaisuusvyöhykkeiden jatkumista peitteisille alueille. Joidenkin ennustamatta jääneiden vyöhykkeiden läheisyydessä oli havaittavissa anomalioita geofysikaalisessa aineistossa mutta ei niin poikkeavia, että niiden perusteella voisi ennustaa rikkonaisuusvyöhykkeitä. Vaikkakin nyt siis oli tiedossa rikkonaisuusvyöhykkeiden sijainti tunnelihavaintojen perusteella, niin niitä, joita ei ollut ennustettu, ei saatu esiin käytetystä topografisesta eikä geofysikaalisesta lentoaineistosta edelleenkään. Osa heikkousvyöhykkeistä siis jää väkisinkin havaitsematta pinta-aineistosta. Rakennettavuusmallia laadittaessa käytössä oli vain vähän maastohavaintoja heikkousvyöhykkeistä tunnelilinjan alueelta, mutta kaikkien niiden kohdalla oli rikkonaisuusvyöhykkeet tunnelissa. Maastotutkimukset varmentavat tulkintaa ja niitä tulisi tehdä kattavasti tulkittavalta alueelta. Rakennettavuusmalliin oli heikkousvyöhykkeille tehty rakennettavuusluokitus (luokat I-III). Luokkien tulkintaa ei ilman maastohavaintoja ollut voinut suurimmasta osasta vyöhykkeitä tehdä ja ne oli jätetty sen takia ykkösluokkaan. Tunnelihavaintojen perusteella monet vyöhykkeistä olivat ykkösluokkaa rikkonaisempia. Informatiivisempaa olisi esittää ykkösluokka ja tulkitsematon luokka eri symboleilla. Myös todettujen rikkonaisuusvyöhykkeiden luokittelu rakennettavuusluokituksen mukaan osoittautui vaikeaksi. Arvot rapautuneisuudessa, rakojen avonaisuudessa ja täytteisyydessä, haarniskapinnat, kalliolaatu ja vyöhykkeen leveys vaihtelivat yhdistelminä paljon. Esimerkiksi heikkousvyöhykkeissä ja niiden ympäristössä II- tai III-luokan rakoavaumia on runsaasti, mutta ei muita rakennettavuusmallissa esitettyjä II- tai III-luokan rakenteita. Rakennettavuusmallia laadittaessa heikkousvyöhykkeiden pituuksien oli yleisen käsityksen mukaan oletettu korreloivan vyöhykkeiden leveyden ja rikkonaisuuden kanssa. Merkittävimmät tunnelissa todetut vyöhykkeet on esitetty Kuvassa 13. Rakenteet ovat 1-10 metriä leveitä ja pituuksiltaan 0.5 km-4 km lukuun ottamatta Myraksen ruhjetta. Tunnelihavaintojen perusteella selvää säännönmukaisuutta pituuden ja leveyden suhteessa ei löydy mutta vyöhykkeiden pituudetkaan eivät vaihtele kovin paljon. Huomattavan suurien ja aivan pienten rakenteiden välillä ominaisuudet saattavatkin korreloida tilastollisesti, mutta yksittäisestä vyöhykkeestä tarvitaan myös muuta tietoa kuin pituus. Valtaosa tunnelissa tulkintavyöhykkeiden kohdille osuneista siirros- ja rikkonaisuusrakenteista on lähes vyöhykkeiden suuntaisia. Osa niistä on kuitenkin suunnaltaan leikkaavasti tulkintaan nähden. Silti ne saattavat edustaa kyseistä vyöhykettä. Heikkousvyöhykkeen suunnan mittaaminen tunnelissa ei ole aina yksiselitteistä, varsinkin jos rakenne ei ole jyrkkärajainen eivätkä sen kontaktit ole suorat. Myös yksittäisen siirrosrakenteen suunta voi poiketa vyöhykkeen suunnasta (Kuva 14) Tällöin mittaustulos voi poiketa paljonkin koko vyöhykkeen suunnasta.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 29 Heikkousvyöhykkeiden kaateet ovat tutkimusalueella etupäässä jyrkkiä. Johtopäätöksiä kaateista ei voi vetää koko pääkaupunkiseutualueelle, koska tiedetään että esim. useilla alueilla Espoossa vaaka- ja loivaasentoisia rikkonaisuusrakenteita esiintyy huomattavasti enemmän. Heikkousvyöhykkeiden suunnat eivät ole satunnaisia vaan ovat syntyneet tietynlaiseen kiveen tietynlaisessa jännityskentässä. Tutkimusalueen heikkousvyöhykkeet jakautuvat suuntiensa perusteella kuuteen tai useampaankin ryhmään. Niistä osan geologista historiaa ja luonnetta on selvitetty (Elminen ja muut 2008), mikä parantaa ennustettavuutta kyseisen kaltaisten vyöhykkeiden kohdalla. Osa vyöhykkeistä etenkin sellaiset joita ei näy pinta-aineistossa- vaatii vielä paljon tutkimusta. Useat siirrossysteemit kattavat koko pääkaupunkiseudun ja ulottuvat laajemmallekin. KIRJALLISUUSLUETTELO Elminen, Tuija (toim.); Vaarma, Markus; Wennerström, Marit; Pajunen, Matti; Wasenius, Pekka 2007. Savion rautatietunnelin rakennegeologinen kartoitus. 29 s. + 37 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K21.42/2007/48. Elminen, Tuija; Airo, Meri-Liisa; Niemelä, Reijo; Pajunen, Matti; Vaarma, Markus; Wasenius, Pekka; Wennerström, Marit 2008. Fault structures in the Helsinki area, southern Finland. In: Tectonic evolution of the Svecofennian crust in southern Finland - a basis for characterizing bedrock technical properties. Geological Survey of Finland. Special Paper 47. Espoo: Geological Survey of Finland, 185-213. Gardemeister, R., Johansson, S., Korhonen, P., Patrikainen, P., Tuisku, T. & Vähäsarja, P., 1976. Rakennusgeologisen kallioluokituksen soveltaminen. Tiedonanto / Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Geotekniikan laboratorio; 25:, 39 s. Pajunen, M.; Airo, M-L.; Elminen, T.; Niemelä, R.; Salmelainen, J.; Vaarma, M.; Wasenius, P.; Wennerström, M. 2002a. Kallioperän rakennettavuusmalli taajamiin. Menetelmäkehitys ja ohjeistus. Raportti I. 95 s., 8 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K 21.42/2002/5. Pajunen, Matti; Airo, Meri-Liisa; Elminen, Tuija; Niemelä, Reijo; Salmelainen, Juha; Vaarma, Markus; Wasenius, Pekka; Wennerström, Marit 2002b. Kallioperän rakennettavuuskartta 1:50 000. Espoo, Helsinki, Vantaa. Kallioperän geologiseen kehitykseen pohjautuva rakennettavuusluokittelu. 1 kartta. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K 21.42/2002/7. Pajunen, M.; Airo, M-L.; Elminen, T.; Niemelä, R.; Salmelainen, J.; Vaarma, M.; Wasenius, P.; Wennerström, M. 2002c. Kallioperän rakennettavuusmalli taajamiin. Rakennettavuuskartan selitys. Kallioperän

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa I 30 rakennettavuuskartta 1 : 50 000 - Espoo, Helsinki, Vantaa. Raportti II. 42 s. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K 21.42/2002/6. Pajunen, Matti; Airo, Meri-Liisa; Elminen, Tuija; Niemelä, Reijo; Salmelainen, Juha; Vaarma, Markus; Wasenius, Pekka; Wennerström, Marit 2008. Construction suitability of bedrock in the Helsinki area based on the tectonic structure of the Svecofennian crust of southern Finland. In: Tectonic evolution of the Svecofennian crust in southern Finland - a basis for characterizing bedrock technical properties. Geological Survey of Finland. Special Paper 47. Espoo: Geological Survey of Finland, 309-326. Elminen, Tuija; Airo, Meri-Liisa; Niemelä, Reijo; Pajunen, Matti; Vaarma, Markus; Wasenius, Pekka; Wennerström, Marit 2008. Fault structures in the Helsinki area, southern Finland. In: Tectonic evolution of the Svecofennian crust in southern Finland - a basis for characterizing bedrock technical properties. Geological Survey of Finland. Special Paper 47. Espoo: Geological Survey of Finland, 185-213. Wennerström, Marit (toim.); Airo, Meri-Liisa; Elminen, Tuija; Grönholm, Sari; Pajunen, Matti; Vaarma, Markus; Wasenius, Pekka 2006. Helsingin seudun taajamakartoitus. 90 s. + 13 liites. Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti, K21.42/2006/6.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ESY Espoo 144/2013 Osa II Kallioperän rakosuunnat Savion rautatietunnelissa ja vertailu maanpinnalta tehtyihin havaintoihin Marit Wennerström

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ESY Espoo 144/2013

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa II Tiivistelmä Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) kallioperän rakennettavuuteen liittyvä tutkimus tuottaa geologista informaatiota ja osaamista yhdyskuntien käyttöön. Tutkimukset perustuvat suurelta osin maastohavaintoihin. Maan pinnalla tapahtuvan havainnoinnin lisäksi Savion rautatietunnelin louhinta loi hyvän mahdollisuuden tutkia kallioperän ominaisuuksia myös maan alla. Savion rautatietunnelin louhinnan aikana GTK:n kartoittajat kokosivat monipuolista geologista tietoa tunnelista. Tässä työssä analysoidaan tunnelissa mitattuja kallion rako-ominaisuuksia, erityisesti rakosuuntia. Lisäksi tunneliaineistoa käytetään vertailuun maan pinnalta tehtyihin rakohavaintoihin. Tutkimuksessa oli käytössä myös tunnelisuunnittelijana toimineen JP-Suoraplan Oy:n (nykyään Pöyry Finland Oy) rakennusaikaiset rakennusgeologiset havainnot. Tässä työssä tutkimusalue jaettiin kivilajeiltaan ja tektoniselta rakenteeltaan yhtenäisiin osaalueisiin eli lohkoihin, joiden osalta rakoaineisto analysoitiin. Tunnelissa mitattujen havaintojen määrä vaihteli lohkoittain; ollen enimmillään 789 rakosuuntaa lohkossa 47 ja vähimmillään 79 rakosuuntaa lohkossa 29. Kahdessa pohjoisimmassa lohkossa (49 ja 47) päärakosuunnat eroavat toisistaan. Lohkossa 47 luode-kaakkoinen rakosuunta on vallitseva kaadekulmasta riippumatta. Lohkon 49 päärakosuunta on lounas-koillinen. Loivat raot kaatuvat itään, etelään tai luoteeseen. Osa-alueiden 47 ja 49 eteläpuolella tunnelin päärakosuunnat ovat luode-kaakko- ja lounas-koillinen lähes yhtä vallitsevina. Tunnelin rako-aineisto jaettiin kaadekulman perusteella pysty-, jyrkkä-, viettävä-, loiva- ja vaakakaateisiin rakoihin. Päärakosuunnat vaihtelivat eri kaateisissa raoissa lohkojen sisällä ja saman kaaderyhmän raoissa lohkojen välillä. Pystyt raot ovat yleisimpiä kaikissa tutkituissa lohkoissa. Savitäytteiset raot esiintyvät yleensä päärakosuunnissa ja pystyt saviraot erityisesti kahdessa yleisemmässä rakosuunnassa. Myraksen vyöhykkeen kohdalla SW-NE-suuntaiset saviraot ovat yhdensuuntaisia RiIV-luokan heikkousvyöhykkeiden kanssa. SE-NW-suuntaisten lohkorajojen suunnassa on lohkojen sisällä tunnelissa havaittu jyrkkiä, savitäytteisiä rakoja sisältäviä heikkousvyöhykkeitä. Haarniskaraot ovat pääasiassa jyrkkiä-pystyjä Savion tunnelissa. Ne yhtyvät kiven liuskeisuuden suuntaan liuskeisuuden kulun ollessa pohjoiskoilliseen tai koilliseen. Verrattaessa tunnelissa tehtyjä havaintoja maanpintahavaintoihin, jyrkät ja pystyt rakosuunnat on pääsääntöisesti havaittu maanpinnalta Savion tunnelin kohdalla käytetyllä kartoitusmenetelmällä ja havaintopistetarkkuudella, yksi havainto 350-700 m välein. Tämä havaintotiheys voisi jatkossa olla riittävä myös alueelliseen kartoitukseen. Loivien ja viettävien rakosuuntien osalta kartoitusmenetelmää on tarkennettava.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa II Sisällysluettelo Tiivistelmä 1 JOHDANTO 1 2 AINEISTO JA MENETELMÄT 1 3 KALLIOPERÄN JAKO TEKTONISIIN OSA-ALUEISIIN 4 4 SAVION TUNNELIN RAKOSUUNNAT OSA-ALUEITTAIN 4 4.1 Osa-alue 47 Leppäkorpi 4 4.2 Osa-alue 49 Päiväkumpu 7 4.3 Osa-alue 44 Kuninkaanmäki 10 4.4 Osa-alue 27 Hakkila 13 4.5 Osa-alue 45 Itä-Hakkila 16 4.6 Osa-alue 29 Hakunila 19 4.7 Osa-alue 30 Långmossabergen 20 5 VAAKARAOT 22 6 RAKOSUUNTIEN VERTAILU OSA-ALUEITTAIN TUNNELIAINEISTOSSA 23 7 TUNNELIHAVAINTOJEN VERTAILU MAANPINTAHAVAINNOISSA MITATTUIHIN RAKOSUUNTIIN 26 KIRJALLISUUSLUETTELO

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 144/2013 / Osa II 1 1 JOHDANTO Geologian tutkimuskeskuksella (GTK) oli sopimus Vuosaaren satamaradan Savion rautatietunnelin geologisesta kartoituksesta Tiehallinnon VUOLI-projektin kanssa vuosille 2005-2006. Kartoitus sovittiin tehtäväksi rakennusgeologisen kartoituksen yhteydessä ja urakoitsijan työaikataulun puitteissa. Savion tunnelista koottiin monipuolista geologista tietoa, kuten litologiset yleispiirteet, tektoniset ominaisuudet, kuten liuskeisuus, poimutus, siirrokset ja rakoilu. Havaintosarja päättyy etelässä Helsingin Långmossabergeniin. Tässä artikkelissa kuvataan Savion tunnelin rakoilua, erityisesti rakosuuntia ja savitäytteisten ja haarniskarakojen esiintymistä eri suunnissa. Aineistona ovat sekä GTK:n kartoitustulokset, että JP-Suoraplan Oy:n (nykyään Pöyry Finland Oy) tuottamat rakennusgeologiset havainnot. Lopuksi verrataan rakosuuntien osalta tunnelihavaintoja Kallioperän rakennettavuusmalli taajamiin projektissa maanpinnalta koottuihin havaintoihin (Pajunen ja muut 2002a, Wennerström ja muut 2008). Tässä Helsingin, Espoon ja Vantaan käsittäneessä TEKES-hankkeessa kehitettiin tutkimus- ja kartoitusmenetelmiä kallioperän rikkonaisuuden arvioimiseksi eri kallion käyttömuotoja varten, mm. kalliorakentamisen tarpeisiin. Nyt saatuja tuloksia käytetään kallioperän rikkonaisuuden kartoitusmenetelmien edelleen kehittämiseen. 2 AINEISTO JA MENETELMÄT Kallioperän haurasta rakennetta tutkittaessa on rakoilun aiheuttaman rikkonaisuuden selvittäminen ensiarvoisen tärkeää. GTK:n kartoituksessa Savion rautatietunnelissa havaintojen avulla muodostettiin yleiskuva rakosuuntien ja rakotiheyden vaihtelusta tunnelilinjalla. Yksi havainto edustaa yhtä rakoparvea ja sen ominaisuuksia. Havainto tehtiin vähintään 50 m välein ja aina rakogeometrian tai rakoominaisuuksien muututtua. Havaintoja puuttuu osasta linjaa, koska GTK:n kartoitus sovitettiin urakoitsijan aikatauluun ja aina ei ollut mahdollista päästä mukaan tunnelikäynnille. Poikkeuksista johtuen aineistossa on GTK:n osalta joitakin melko pitkiä aukkopaikkoja, pisimmillään 840 m lohkon 27 kohdalla (Kuva 1.). Pöyry Finland Oy:n kartoittajat kokosivat systemaattisesti rakohavaintoja. Tässä tarkastelussa niistä on huomioitu lähes kaikki. Poikkeuksena ovat vaakaraot, joista valittiin rakoparvet (havainnoitu rakotiheys) tai yksittäiset raot, joista oli tallennettu ominaisuustietoa. Tunnelissa havainnot paikannettiin paalulukujen avulla 1 m tarkkuudella. Kartoituksen päätyttyä havaintopisteille laskettiin x-,y- ja z-koordinaatit. GTK:n rakohavainnot (N=667) ja Pöyry Finland Oy:n rakohavainnot (N=1929) on esitetty kuvassa 1.a ja 1.b. Kallioperän rakoilukuvan muodostamista varten mitattiin päärakosuunnat, rakotiheys rakoväleinä, rakotäytteet ja rakopintojen ominaisuudet, mm. rakopinnan rakenne ja muuttuminen. Kuvattiin myös eri rakosuuntien muodostamia rakoilurakenteita. Aineiston käsittelyä varten rakoaineisto jaettiin osiin GTK:n aiemmassa projektissa (Pajunen ja muut 2002a) muodostettujen kallioperän tektonisten osa-alueiden eli lohkojen perusteella.